В марте 1972 года НАСА вновь изменило свою точку зрения на принципиальную схему транспортного космического корабля и рекомендовало принять к разработке новую схему. По этой схеме орбитальная ступень с треугольным крылом и кислородно-водородными ракетным двигателем монтируется на внешнем топливном баке диаметром 9 м и длиной 44 м. К баку крепятся два разгонных твердотопливных ускорителя — предусматривалось их спасение после приводнения на парашютах, восстановление и использование до 20 раз.
Твердотопливные ускорители отделяются на высоте около 40 км. Запуск главной двигательной установки орбитальной ступени производится в момент старта вместе с ускорителями. Предполагалось увеличение ресурса орбитальной ступени со 100 до 500 полетов.
Выдав нескольким фирмам задание на проектирование транспортного корабля, НАСА остановило свое внимание на проекте компании «Норт Америкэн» и заключило с ней контракт на шесть лет, субсидировав 2,6 миллиарда долларов.
Тут надо отметить, что фирмы, участвующие в конкурсе по разработке лучшего проекта транспортного космического корабля, представили предложения, не имеющие принципиальных отличий, но при выборе фирмы было принято во внимание то обстоятельство, что «Норт Америкэн» затребовала на разработку такого корабля почти на миллиард долларов меньше, чем планировалось НАСА (3,5 миллиарда долларов).
Согласно проекту, космический корабль состоял из орбитальной ступени, внешнего сбрасываемого топливного бака и двух твердотопливных ускорителей. Орбитальная ступень имела самолетную схему с треугольным крылом. Длина ступени — 33,5 м, высота — 16,7 м, размах — 24 м. Центральная часть корпуса занята отсеком полезного груза размером 18,3 на 4,5 м. В отсеке можно разместить груз массой до 29,5 т или 12 пассажиров.
В хвостовой части корпуса находятся двигатели различного назначения, а в носовой — кабина экипажа, рассчитанная на четыре человека. Кабина состоит из двух секций: верхней — для командира экипажа и второго пилота и нижней — для двух операторов, обслуживающих приборы управления механизмами грузового отсека и системы проверок полезного груза. Приборы и органы управления для командира и его помощника полностью дублированы. Стыковочное устройство орбитальной ступени размещено в верхней носовой части фюзеляжа для обеспечения визуального наблюдения за стыковкой с космическими аппаратами и работой космонавтов за бортом. Кабина экипажа связана со стыковочным устройством шлюзовой камеры, которая идентична камере, в свое время разработанной для стыковки космических кораблей «Союз» и «Apollo».
Топливный бак длиной около 57 м, диаметром 7,9 м и массой около 31,7 т содержит кислород и водород в жидком состоянии для питания основной двигательной установки орбитальной ступени. Бак изготавливается из алюминиевого сплава и имеет теплозащитное покрытие на основе полиуретана.
Разгонные двигатели на твердом топливе крепятся к топливному баку. Длина ускорителей — около 46 м, диаметр — 3,96 м, стартовая масса — 100 т, тяга — 1600 т.
Главная двигательная установка орбитальной ступени включает три двигателя, работающих на жидких водороде и кислороде. В хвостовой части фюзеляжа, рядом с ЖРД главной двигательной установки, размещаются два ракетных двигателя системы орбитального маневрирования тягой.
По условиям контракта, фирма должна была к 1978 году разработать, испытать и поставить НАСА два летных образца орбитальной ступени, запасные части и некоторое вспомогательное оборудование.
На начальной стадии эксплуатации предполагалось осуществлять не более 10 запусков транспортного корабля в год, а затем — до 60 запусков ежегодно.
В конце 1972 года в результате пересмотра технических требований к транспортному кораблю было принято решение внести изменения в его конструкцию. С целью улучшения аэродинамических характеристик была изменена общая конфигурация корабля. В связи с некоторым смещением орбитальной ступени к хвостовой части сбрасываемого топливного бака общая длина корабля уменьшилась с 62,8 до 61,6 м. Внесение изменений привело к некоторому увеличению массы корабля (до 2450 т) и тяги двигателей при старте. Длина разгонных двигателей увеличилась с 46 до 56,4 м. В орбитальной ступени было предложено переделать носовую часть, перенеся стыковочный блок за кабину экипажа. При этом конструкция кабины стала частью общей конструкции фюзеляжа.
После внесения изменений общая длина орбитальной ступени увеличилась до 38,3 м, а размах крыла — до 25,6 м. Габариты отсека полезного груза остались прежними.
Схема полета на транспортном космическом корабле многоразового использования «Space Shuttle» выглядела следующим образом.
Вначале включаются три основных двигателя орбитальной ступени. Как только они разовьют полную тягу, включаются два двигателя ускорителей. После того как суммарная тяга станет выше массы корабля, освобождаются узлы крепления к пусковой установке и «шаттл» стартует.
Отделение ускорителей происходит через 120 секунд полета, после того как корабль совершит начальный маневр по тангажу. В это время скорость должна быть 1500–1550 м/с, а высота полета около 45,5 км.
После этого орбитальная ступень с топливным баком выходит на орбиту высотой 80-160 км. Ориентирование осуществляется таким образом, чтобы обеспечивались наиболее благоприятные условия для входа в атмосферу сбрасываемого топливного бака. Перед сбрасыванием бака оставшееся в нем топливо сливается за борт, а после сбрасывания в его носовой части включается тормозной двигатель, обеспечивающий сход бака с орбиты.
В это же время орбитальная ступень, используя бортовую систему маневрирования, отходит от сброшенного топливного бака и приступает к выполнению поставленных перед ней задач.
По завершении программы полета орбитальная ступень выходит на траекторию возвращения на Землю. Вход в атмосферу осуществляется при постоянном угле атаки 32° до тех пор, пока скорость аппарата не упадет до 7 звуковых. Затем ступень совершает маневр относительно поперечной оси и переходит на планирующий полет.
На конечном участке входа в атмосферу, начиная с высоты 120 км, орбитальная ступень имеет достаточный запас энергии, чтобы обеспечить номинальную поперечную маневренность в пределах 2000 км.
Специалисты НАСА рассчитывали, что скорость захода на посадку и скорость приземления ступени будут почти такими же, как и у современных мощных реактивных лайнеров, — в пределах 315 км/ч.
* * *
НАСА и авиационным фирмам, работавшим над проектом нового транспортного корабля, не удалось уложиться ни в заявленные сроки, ни в заявленную стоимость. Так, общая стоимость проекта возросла с 5,2 миллиарда (1971 год) до 10,1 миллиарда долларов (1982 год). Стоимость одного пуска выросла с 10,5 миллиона до 240 миллионов долларов.
Первоначально предполагалось изготовить пять экземпляров орбитального самолета, однако в целях уменьшения общих затрат было изготовлено всего четыре летных образца аппарата. Эти аппараты получили названия «Колумбия» («Columbia»), «Дискавери» («Discovery»), «Челленджер» («Challenger») и «Атлантис» («Atlantis»).
